JP4582686B2 - Capacitor charging circuit integrated in a one-chip semiconductor device - Google Patents

Capacitor charging circuit integrated in a one-chip semiconductor device Download PDF

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Description

本発明は、1チップの半導体装置に集積したキャパシタ充電回路に関し、詳しくは直列接続された複数の電気二重層キャパシタを充電する回路と、そのキャパシタを均等に充電するために、複数の並列モニタ回路を集積した半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a capacitor charging circuit integrated in a one-chip semiconductor device, and more specifically, a circuit for charging a plurality of electric double layer capacitors connected in series, and a plurality of parallel monitor circuits for charging the capacitors equally. The present invention relates to a semiconductor device integrated with the above.

電気二重層キャパシタは、充電に時間がかかる2次電池と比較して、急速充電が可能である。しかしながら、電気二重層キャパシタは定格電圧が3V程度と低いため、通常複数のキャパシタを直列に接続して必要な電圧を確保している。
このように、直列接続された複数の大容量キャパシタを充電する際に問題となるのが、キャパシタの容量差や自己充電、自己放電などによって生ずる充電の不均一である。
The electric double layer capacitor can be rapidly charged as compared with a secondary battery that takes time to charge. However, since the rated voltage of the electric double layer capacitor is as low as about 3V, usually a plurality of capacitors are connected in series to ensure a necessary voltage.
As described above, what is a problem when charging a plurality of large-capacity capacitors connected in series is non-uniform charging caused by a difference in capacitance between capacitors or self-charging or self-discharging.

この対策には通常、並列モニタと呼ばれる充電均一化回路が用いられている(例えば、特開2000-50495号公報参照(特許文献1)。
図3に、上記の従来の並列モニタ回路の構成を示す。図3から分かるように、並列モニタ回路は直列に接続されたキャパシタ毎に設けられており、半導体装置内部と一部外付けで設けられる。各キャパシタC1,C2,Cnに設けられている並列モニタ回路(モニタ回路+TR回路)は全て同じ構成をしているので、そのうちの1つである電源から2番目の並列モニタ回路(モニタ回路2とTR回路2)について説明を行う。
For this measure, a charge equalization circuit called a parallel monitor is usually used (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-50495 (Patent Document 1)).
FIG. 3 shows the configuration of the conventional parallel monitor circuit. As can be seen from FIG. 3, the parallel monitor circuit is provided for each capacitor connected in series, and is provided inside the semiconductor device and partly externally. Since the parallel monitor circuits (monitor circuit + TR circuit) provided in the capacitors C1, C2, Cn all have the same configuration, the second parallel monitor circuit (the monitor circuit 2 and the monitor circuit 2) from the power source which is one of them. The TR circuit 2) will be described.

TR回路2はNPNトランジスタ(TR2)と、抵抗(R21)と、抵抗(R22)で構成されている。
NPNトランジスタ(TR2)のコレクタには抵抗(R22)が接続されている。抵抗(R22)の他端はキャパシタ(C2)の正側の端子に接続され、さらに半導体装置の端子(Cell1)にも接続されている。NPNトランジスタ(TR2)のエミッタはキャパシタ(C2)の負側の端子に接続され、さらに半導体装置の端子(Cell2)にも接続されている。NPNトランジスタ(TR2)のベースは抵抗(R21)を介して半導体装置の端子(OUT2)に接続されている。
The TR circuit 2 includes an NPN transistor (TR2), a resistor (R21), and a resistor (R22).
A resistor (R22) is connected to the collector of the NPN transistor (TR2). The other end of the resistor (R22) is connected to the positive terminal of the capacitor (C2), and is further connected to the terminal (Cell1) of the semiconductor device. The emitter of the NPN transistor (TR2) is connected to the negative terminal of the capacitor (C2), and is further connected to the terminal (Cell2) of the semiconductor device. The base of the NPN transistor (TR2) is connected to the terminal (OUT2) of the semiconductor device via a resistor (R21).

半導体装置内では、端子(OUT2)と端子(Cell2)間にNchMOSFET(M21)のドレインとソースが接続されており、電源(Vdd)と端子(OUT2)の間にPchMOSFET(M22)のソースとドレインが接続されている。NchMOSFET(M21)のゲートとPchMOSFET(M22)のゲートは共通接続されている。さらに、制御信号2をNchMOSFET(M21)とPchMOSFET(M22)のゲートに印加するための増幅回路(AMP2)が設けられている。この増幅回路(AMP2)の電源は半導体装置と同じ電源を用いている。
制御信号2がハイレベルのときは、増幅回路(AMP2)の出力電圧は電源電圧(Vdd)となるので、PchMOSFET(M22)はオフ、NchMOSFET(M21)はオンとなり、NPNトランジスタ(TR2)のベースをショートするので、NPNトランジスタ(TR2)はオフである。
この状態では、バイパス電流は流れず、キャパシタ(C2)の充電が行われる。
In the semiconductor device, the drain and source of the Nch MOSFET (M21) are connected between the terminal (OUT2) and the terminal (Cell2), and the source and drain of the PchMOSFET (M22) are connected between the power supply (Vdd) and the terminal (OUT2). Is connected. The gate of the Nch MOSFET (M21) and the gate of the Pch MOSFET (M22) are connected in common. Further, an amplifier circuit (AMP2) for applying the control signal 2 to the gates of the Nch MOSFET (M21) and the Pch MOSFET (M22) is provided. The power supply of the amplifier circuit (AMP2) is the same as that of the semiconductor device.
When the control signal 2 is at a high level, the output voltage of the amplifier circuit (AMP2) is the power supply voltage (Vdd), so that the PchMOSFET (M22) is off, the NchMOSFET (M21) is on, and the base of the NPN transistor (TR2) NPN transistor (TR2) is off.
In this state, no bypass current flows and the capacitor (C2) is charged.

キャパシタ(C2)の電圧が満充電に達すると、図示しない制御回路からの指示で、制御信号2がローレベルに変化する。その結果、増幅回路(AMP2)の出力電圧は0V(GND)となるので、PchMOSFET(M22)はオン、NchMOSFET(M21)はオフとなる。PchMOSFET(M22)がオンになると、電源(Vdd)からPchMOSFET(M22)を介して、NPNトランジスタ(TR2)のベース電流が供給され、NPNトランジスタ(TR2)はオンとなり、キャパシタ(C2)の充電電流をバイパスして、過充電を防止する。なお、満充電または充電電圧を任意に設定できる電源装置としては、例えば特開平6-343225号公報に記載の装置がある(特許文献2参照)。   When the voltage of the capacitor (C2) reaches full charge, the control signal 2 changes to a low level in response to an instruction from a control circuit (not shown). As a result, the output voltage of the amplifier circuit (AMP2) becomes 0 V (GND), so that the Pch MOSFET (M22) is turned on and the Nch MOSFET (M21) is turned off. When the PchMOSFET (M22) is turned on, the base current of the NPN transistor (TR2) is supplied from the power supply (Vdd) via the PchMOSFET (M22), the NPN transistor (TR2) is turned on, and the charging current of the capacitor (C2) To prevent overcharging. An example of a power supply device that can arbitrarily set a full charge or a charging voltage is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-343225 (see Patent Document 2).

特開2000−50495号公報JP 2000-50495 A 特開平6−343225号公報JP-A-6-343225

しかしながら、従来の回路では、半導体装置の基板としてN型基板を用いると、PchMOSFET(M22)のソースは最高電圧である電源(Vdd)に接続されてしまう。PchMOSFET(M22)のドレインはNPNトランジスタ(TR2)のベースに接続されている。この構成は、他のモニタ回路に含まれるPchMOSFET(M12〜Mn2(図示省略))でも同じなので、PchMOSFET(M12〜Mn2)のON時のドレイン電圧は電源電圧(Vdd)となり、各NPNトランジスタ(TR1〜TRn)のエミッタとベース抵抗(R11〜Rn1)間(OUT1とCell1間〜 OUTnとCelln間)の電圧がモニタ回路毎に異なっている。すなわち、最もVddに近いキャパシタ(C1)のモニタ回路1のNPNトランジスタ(TR1)のエミッタとベース抵抗間電圧は最も小さく、NPNトランジスタ(TR1)のベース電流が少なくなり、バイパス電流を生成するNPNトランジスタ(TR1)のコレクタ電流が最も少ない。最もGNDに近いモニタ回路nのNPNトランジスタ(TRn)のエミッタとベース抵抗間電圧が最も大きく、NPNトランジスタ(TRn)のベース電流が多くなり、バイパス電流を生成するNPNトランジスタ(TRn)のコレクタ電流が最も多い。
その結果、バイパス電流がキャパシタ毎に異なってしまい、充電の不均一の解消が困難になるという問題があった。
However, in the conventional circuit, when an N-type substrate is used as the substrate of the semiconductor device, the source of the Pch MOSFET (M22) is connected to the power supply (Vdd) which is the highest voltage. The drain of the Pch MOSFET (M22) is connected to the base of the NPN transistor (TR2). Since this configuration is the same for PchMOSFETs (M12 to Mn2 (not shown)) included in other monitor circuits, the drain voltage when the PchMOSFETs (M12 to Mn2) are ON is the power supply voltage (Vdd), and each NPN transistor (TR1 The voltage between the emitter and base resistance (R11 to Rn1) (between OUT1 and Cell1 to OUTn and Celln) differs for each monitor circuit. That is, the voltage between the emitter and base resistance of the NPN transistor (TR1) of the monitor circuit 1 of the capacitor (C1) closest to Vdd is the smallest, the base current of the NPN transistor (TR1) is reduced, and an NPN transistor that generates a bypass current (TR1) has the lowest collector current. The voltage between the emitter and base resistance of the NPN transistor (TRn) of the monitor circuit n closest to GND is the largest, the base current of the NPN transistor (TRn) increases, and the collector current of the NPN transistor (TRn) that generates the bypass current is Most often.
As a result, there is a problem that the bypass current differs for each capacitor and it becomes difficult to eliminate the uneven charging.

(目的)
本発明の目的は、上記の課題を解決し、全てのキャパシタのバイパス電流を均一にすることが可能な1チップの半導体装置に集積したキャパシタ充電回路を提供することである。
(the purpose)
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a capacitor charging circuit integrated in a one-chip semiconductor device capable of making the bypass currents of all capacitors uniform.

上記課題を達成するため、本発明の1チップの半導体装置に集積したキャパシタ充電回路は、(1)直流電源を、直列接続された複数のキャパシタに印加して、前記キャパシタを均等に充電するために、前記キャパシタの各々の電圧が、あらかじめ設定された基準電圧を超えると、充電電流をバイパスする並列モニタ回路を、全ての前記キャパシタに備えたキャパシタ充電回路において、前記並列モニタ回路は、前記充電電流をバイパスするために、前記キャパシタの正側の端子に抵抗を介してエミッタを接続し、負側の端子にコレクタを接続したPNPトランジスタと、該PNPトランジスタのベース電流のオンまたはオフ制御を行うために、ドレインを前記PNPトランジスタのベースに抵抗を介して接続し、ソースを前記キャパシタの負側の端子に接続した第1のNchMOSFETを備え、該第1のNchMOSFETをオンさせるために、該第1のNchMOSFETのゲートに印加する電圧の振幅を、前記キャパシタのセル電圧になるようにしたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, a capacitor charging circuit integrated in a one-chip semiconductor device of the present invention is (1) to apply a DC power source to a plurality of capacitors connected in series to charge the capacitors evenly. In addition, when the voltage of each of the capacitors exceeds a preset reference voltage, the parallel monitor circuit includes a parallel monitor circuit that bypasses a charging current in all the capacitors. In order to bypass the current, a PNP transistor in which an emitter is connected to the positive terminal of the capacitor via a resistor and a collector is connected to the negative terminal, and a base current of the PNP transistor is turned on or off. For this purpose, the drain is connected to the base of the PNP transistor via a resistor, and the source is connected to the capacitor. A first Nch MOSFET connected to the terminal on the side, and in order to turn on the first Nch MOSFET, the amplitude of the voltage applied to the gate of the first Nch MOSFET is set to the cell voltage of the capacitor. It is characterized by.

また、(2)前記第1のNchMOSFETのゲートと前記キャパシタの正側の端子間に、第2のNchMOSFETのドレインとソースを、第1のPchMOSFETのソースとドレインに接続したスイッチ回路を設け、前記第1のNchMOSFETのゲートと前記キャパシタの負側の端子間に第3のNchMOSFETのドレインとソースを接続し、前記第1のNchMOSFETをオンさせる場合は、前記スイッチ回路を構成している第1のPchMOSFETと、前記第3のNchMOSFETのゲートに、前記半導体装置の負側の電源電圧(以下GNDとする)レベルの信号を与え、且つ前記スイッチ回路を構成している第2のNchMOSFETのゲートに前記半導体装置の正側の電源電圧(以下電源とする)レベルの信号を印加し、前記第1のNchMOSFETをオフさせる場合は、前記スイッチ回路を構成している第1のPchMOSFETと、前記第3のNchMOSFETのゲートに、電源レベルの信号を与え、且つ前記スイッチ回路を構成している第2のNchMOSFETのゲートにGNDレベルの信号を印加することを特徴としている。
このようにすることで、キャパシタを均等に充電することができるようになった。
(2) A switching circuit is provided between the gate of the first Nch MOSFET and the positive terminal of the capacitor, the drain and source of the second Nch MOSFET being connected to the source and drain of the first Pch MOSFET, When the drain and source of the third Nch MOSFET are connected between the gate of the first Nch MOSFET and the negative terminal of the capacitor, and the first Nch MOSFET is turned on, the first Nch MOSFET is configured as the first switch circuit. A signal of a negative power supply voltage (hereinafter referred to as GND) level of the semiconductor device is given to the gates of the Pch MOSFET and the third Nch MOSFET, and the gate of the second Nch MOSFET constituting the switch circuit is given to the gate of the second Nch MOSFET. Apply a signal of the positive power supply voltage (hereinafter referred to as power supply) level of the semiconductor device. When turning off the first Nch MOSFET, a power level signal is given to the gates of the first Pch MOSFET and the third Nch MOSFET constituting the switch circuit, and the switch circuit is constructed. A GND level signal is applied to the gate of the second Nch MOSFET.
In this way, the capacitors can be charged uniformly.

また、(3)前記(1)または(2)記載のPNPトランジスタをNPNトランジスタに、NchMOSFETをPchMOSFETに、PchMOSFETをNchMOSFETに置き換え、かつ、これら能動素子の電源への接続を全て逆にして回路を構成し、前記トランジスタ以外の能動素子を1チップの半導体装置に集積したことも特徴としている。
このようにすることで、P型基板においてもICの製作が可能になった。
(3) The PNP transistor described in (1) or (2) is replaced with an NPN transistor, the NchMOSFET is replaced with a PchMOSFET, the PchMOSFET is replaced with an NchMOSFET, and all the connections of these active elements to the power supply are reversed. It is also characterized in that active elements other than the transistors are integrated in a one-chip semiconductor device.
In this way, it is possible to manufacture an IC even on a P-type substrate.

本発明によれば、外付けのバイパストランジスタをドライブするMOSFETのゲート電圧の振幅をキャパシタ1セル分の電圧に揃えたため、ドライブするMOSFETのオン抵抗が均一になり、バイパストランジスタのベース電流を均一化した結果、バイパス電流の均一化が行えるようになった。   According to the present invention, since the amplitude of the gate voltage of the MOSFET driving the external bypass transistor is made equal to the voltage of one cell of the capacitor, the on-resistance of the driving MOSFET becomes uniform and the base current of the bypass transistor becomes uniform. As a result, the bypass current can be made uniform.

(第1の実施例)
図1は、本発明の第1の実施例を示すキャパシタ充電回路の構成図である。
図1においては、モニタ回路1からn、およびTR回路1からnの構成は全て同じであるため、2番目のモニタ回路2、およびTR回路2について説明を行う。
TR回路2は、PNPトランジスタ(TR2)と抵抗(R21)および抵抗(R22)で構成されている。PNPトランジスタ(TR2)のエミッタには、抵抗(R22)が接続されている。抵抗(R22)の他端はキャパシタ(C2)の正側の端子に接続され、さらに半導体装置の端子(Cell1)にも接続されている。PNPトランジスタ(TR2)のコレクタはキャパシタ(C2)の負側の端子に接続され、さらに半導体装置の端子(Cell2)にも接続されている。PNPトランジスタ(TR2)のベースは、抵抗(R21)を介して半導体装置の端子(OUT2)に接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a capacitor charging circuit showing a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, since the configurations of the monitor circuits 1 to n and the TR circuits 1 to n are all the same, the second monitor circuit 2 and the TR circuit 2 will be described.
The TR circuit 2 includes a PNP transistor (TR2), a resistor (R21), and a resistor (R22). A resistor (R22) is connected to the emitter of the PNP transistor (TR2). The other end of the resistor (R22) is connected to the positive terminal of the capacitor (C2), and is further connected to the terminal (Cell1) of the semiconductor device. The collector of the PNP transistor (TR2) is connected to the negative terminal of the capacitor (C2), and is further connected to the terminal (Cell2) of the semiconductor device. The base of the PNP transistor (TR2) is connected to the terminal (OUT2) of the semiconductor device via the resistor (R21).

半導体装置内では、端子(OUT2)と端子(Cell2)間にNchMOSFET(M21)のドレインとソースが接続されている。NchMOSFET(M21)のゲートと端子(Cell1)間に、PchMOSFET(M23)のドレインとソースを、NchMOSFET(M24)のソースとドレインに接続したスイッチ回路が設けられている。さらに、NchMOSFET(M21)のゲートと端子(Cell2)間にNchMOSFET(M22)のドレインとソースが接続されている。
PchMOSFET(M23)のゲートとNchMOSFET(M22)のゲートは共通接続され、インバータ(INV2)の出力に接続されている。また、NchMOSFET(M24)のゲートはインバータ(INV2)の入力に接続されている。なお、インバータ(INV2)の電源は半導体装置の電源と同じであるので、インバータ(INV2)の出力電圧の振幅は電源(Vdd)からGNDまで振れる。さらに、インバータ(INV2)の入力には、図示しない制御回路から制御信号2が印加されている。
In the semiconductor device, the drain and the source of the Nch MOSFET (M21) are connected between the terminal (OUT2) and the terminal (Cell2). Between the gate and terminal (Cell1) of the Nch MOSFET (M21), a switch circuit is provided in which the drain and source of the Pch MOSFET (M23) are connected to the source and drain of the Nch MOSFET (M24). Further, the drain and source of the Nch MOSFET (M22) are connected between the gate of the Nch MOSFET (M21) and the terminal (Cell2).
The gate of the Pch MOSFET (M23) and the gate of the Nch MOSFET (M22) are connected in common and connected to the output of the inverter (INV2). The gate of the Nch MOSFET (M24) is connected to the input of the inverter (INV2). Note that since the power source of the inverter (INV2) is the same as that of the semiconductor device, the amplitude of the output voltage of the inverter (INV2) varies from the power source (Vdd) to GND. Further, a control signal 2 is applied to an input of the inverter (INV2) from a control circuit (not shown).

制御信号2がローレベルのときには、インバータ(INV2)の出力はハイレベルとなるので、スイッチを構成しているPchMOSFET(M23)のゲートはハイレベル、NchMOSFET(M24)のゲートはローレベルとなり、スイッチ回路はオフとなる。また、NchMOSFET(M22)のゲートはハイレベルであるから、NchMOSFET(M22)はオンとなる。このため、NchMOSFET(M21)のゲートはローレベル(キャパシタ(C2)の負側の電圧)となるのでNchMOSFET(M21)はオフとなる。NchMOSFET(M21)がオフの時は、PNPトランジスタ(TR2)のベース電流は流れないので、PNPトランジスタ(TR2)はオフとなり、キャパシタ(C2)は充電される。   When the control signal 2 is at the low level, the output of the inverter (INV2) is at the high level, so that the gate of the PchMOSFET (M23) constituting the switch is at the high level and the gate of the NchMOSFET (M24) is at the low level. The circuit is turned off. Further, since the gate of the Nch MOSFET (M22) is at a high level, the Nch MOSFET (M22) is turned on. For this reason, since the gate of the Nch MOSFET (M21) is at a low level (voltage on the negative side of the capacitor (C2)), the Nch MOSFET (M21) is turned off. When the Nch MOSFET (M21) is off, the base current of the PNP transistor (TR2) does not flow, so the PNP transistor (TR2) is turned off and the capacitor (C2) is charged.

キャパシタ(C2)の充電が進んで、キャパシタ(C2)の電圧が所定の電圧を超えると、制御信号2がハイレベルになる。その結果、インバータ(INV2)の出力はローレベルとなるので、スイッチを構成しているPchMOSFET(M23)のゲートはローレベル、NchMOSFET(M24)のゲートはハイレベルとなり、スイッチ回路はオンとなる。また、NchMOSFET(M22)のゲートはローレベルであるから、NchMOSFET(M22)はオフとなる。このため、NchMOSFET(M21)のゲートはハイレベル(キャパシタ(C2)の正側の電圧)となるのでNchMOSFET(M21)はオンとなる。NchMOSFET(M21)がオンになると、PNPトランジスタ(TR2)のベース電流が流れ、PNPトランジスタ(TR2)はオンとなり、キャパシタ(C2)の充電電流をバイパスする。   When charging of the capacitor (C2) proceeds and the voltage of the capacitor (C2) exceeds a predetermined voltage, the control signal 2 becomes high level. As a result, the output of the inverter (INV2) becomes low level, the gate of the PchMOSFET (M23) constituting the switch becomes low level, the gate of the NchMOSFET (M24) becomes high level, and the switch circuit is turned on. Further, since the gate of the Nch MOSFET (M22) is at a low level, the Nch MOSFET (M22) is turned off. For this reason, since the gate of the Nch MOSFET (M21) is at a high level (voltage on the positive side of the capacitor (C2)), the Nch MOSFET (M21) is turned on. When the Nch MOSFET (M21) is turned on, the base current of the PNP transistor (TR2) flows, the PNP transistor (TR2) is turned on, and the charging current of the capacitor (C2) is bypassed.

ここで重要なことは、NchMOSFET(M21)がオンするときのゲート電圧が前述のようにキャパシタ(C2)の正側の電圧であると言うことである。モニタ回路は全て同じ構成であるから、NchMOSFET(M21)に相当する他のモニタ回路のNchMOSFET(M11〜n1)がオンするときのゲート電圧も、キャパシタ1セル分の電圧と同じである。
すなわち、モニタ回路のNchMOSFET(M11〜n1)がオンするときのゲート電圧は全て同じになるので、NchMOSFET(M11〜n1)のオン抵抗も同じになる。この結果、PNPトランジスタ(TR1〜TRn)のベース電流も同じになるので、PNPトランジスタ(TR1〜TRn)のコレクタ電流も同じになり、バイパス電流を均等にすることができる。
What is important here is that the gate voltage when the Nch MOSFET (M21) is turned on is the voltage on the positive side of the capacitor (C2) as described above. Since all the monitor circuits have the same configuration, the gate voltage when the Nch MOSFETs (M11 to n1) of other monitor circuits corresponding to the Nch MOSFET (M21) are turned on is also the same as the voltage for one capacitor cell.
That is, since the gate voltages when the Nch MOSFETs (M11 to n1) of the monitor circuit are turned on are all the same, the on resistances of the Nch MOSFETs (M11 to n1) are also the same. As a result, since the base currents of the PNP transistors (TR1 to TRn) are also the same, the collector currents of the PNP transistors (TR1 to TRn) are also the same, and the bypass current can be equalized.

(第2の実施例)
図2は、本発明の第2の実施例を示すキャパシタ充電回路の要部構成図である。
第1の実施例では、半導体装置にN型基板を用いて構成したため、バイパス用の素子としてPNPトランジスタを用いた場合を説明したが、半導体装置にP型基板を用いた場合には、図2に示すように、バイパストランジスタにNPNトランジスタを用い、前述したPchMOSFETをNchMOSFETに、NchMOSFETをPchMOSFETに変更し、電源への接続を逆にすれば同じ回路構成が使用可能である。
なお、図1、図2の実施例では、トランジスタ(TR2)のベースと端子(OUT2)間に抵抗(R21)が接続されているが、この抵抗はトランジスタ(TR2)のベース電流を制限するためのもので、キャパシタの充電電流が小さい場合は、抵抗(R21)を省略しても構わない。
さらに、トランジスタ(TR2)のエミッタに接続されている抵抗(R22)は、コレクタ側に接続してもよい、しかしこの場合は前記したベース抵抗(R21)の省略は行うことができない。
(Second embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing the main part of a capacitor charging circuit according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, since the semiconductor device is configured using the N-type substrate, the case where the PNP transistor is used as the bypass element has been described. However, when the P-type substrate is used for the semiconductor device, FIG. As shown in FIG. 5, the same circuit configuration can be used by using an NPN transistor as the bypass transistor, changing the PchMOSFET to the NchMOSFET, changing the NchMOSFET to the PchMOSFET, and reversing the connection to the power source.
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, a resistor (R21) is connected between the base of the transistor (TR2) and the terminal (OUT2), but this resistor limits the base current of the transistor (TR2). If the capacitor charging current is small, the resistor (R21) may be omitted.
Further, the resistor (R22) connected to the emitter of the transistor (TR2) may be connected to the collector side, but in this case, the base resistor (R21) cannot be omitted.

本発明の第1の実施例を示すキャパシタ充電回路の構成図である。1 is a configuration diagram of a capacitor charging circuit showing a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第2の実施例を示すキャパシタ充電回路の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the capacitor charging circuit which shows the 2nd Example of this invention. 従来における並列モニタ回路例の構成図である。It is a block diagram of the example of the conventional parallel monitor circuit.

符号の説明Explanation of symbols

Vdd…電源電圧、C1〜Cn…キャパシタ、Cell1〜Celln…キャパシタの正/負側接続端子、
OUT1〜OUTn…バイパス用トランジスタへの出力端子、
TR1〜TRn…バイパス用トランジスタ、INV1〜INV2…インバータ、GND…グランド電位、
M21,M22,M24…Nch(Pch)MOSFET、M23…Pch(Nch)MOSFET、
R21,R22…抵抗。
Vdd ... Power supply voltage, C1 ~ Cn ... Capacitor, Cell1 ~ Celln ... Capacitor positive / negative side connection terminal,
OUT1 to OUTn: Output terminal to bypass transistor,
TR1 to TRn: Bypass transistor, INV1 to INV2: Inverter, GND: Ground potential,
M21, M22, M24 ... Nch (Pch) MOSFET, M23 ... Pch (Nch) MOSFET,
R21, R22 ... resistance.

Claims (3)

直流電源を、直列接続された複数のキャパシタに印加して、前記キャパシタを均等に充電するために、前記キャパシタの各々の電圧があらかじめ設定された基準電圧を超えると、充電電流をバイパスする並列モニタ回路を、全ての前記キャパシタに備えた1チップの半導体装置に集積したキャパシタ充電回路において、
前記並列モニタ回路は、前記充電電流をバイパスするために、前記キャパシタの正側の端子に抵抗を介してエミッタを接続し、負側の端子にコレクタを接続したPNPトランジスタと、該PNPトランジスタのベース電流のオン/オフ制御を行うために、ドレインを前記PNPトランジスタのベースに抵抗を介して接続し、ソースを前記キャパシタの負側の端子に接続した第1のNchMOSFETとを備え、
該第1のNchMOSFETをオンさせるために、該第1のNchMOSFETのゲートに印加する電圧の振幅を、前記キャパシタの1セルの満充電電圧になるようにしことを特徴とするキャパシタ充電回路。
In order to apply a DC power source to a plurality of capacitors connected in series and charge the capacitors evenly, a parallel monitor that bypasses the charging current when each voltage of the capacitors exceeds a preset reference voltage In a capacitor charging circuit in which a circuit is integrated in a one-chip semiconductor device provided in all the capacitors,
In order to bypass the charging current, the parallel monitor circuit includes a PNP transistor having an emitter connected to a positive terminal of the capacitor via a resistor and a collector connected to a negative terminal, and a base of the PNP transistor. A first Nch MOSFET having a drain connected to the base of the PNP transistor via a resistor and a source connected to a negative terminal of the capacitor in order to perform on / off control of the current;
In order to turn on the first NchMOSFET, the capacitor charging circuit, characterized in that the amplitude of the voltage applied to the gate of the first NchMOSFET, was set to full-charge voltage of one cell of the capacitor.
請求項1記載のキャパシタ充電回路において、
前記第1のNchMOSFETのゲートと前記キャパシタの正側の端子間に、第2のNchMOSFETのドレインとソースを、第1のPchMOSFETのソースとドレインに接続したスイッチ回路を設け、
前記第1のNchMOSFETのゲートと前記キャパシタの負側の端子間に第3のNchMOSFETのドレインとソースを接続し、
前記第1のNchMOSFETをオンさせる場合は、前記スイッチ回路を構成している第1のPchMOSFETと、前記第3のNchMOSFETのゲートに、前記半導体装置の負側の電源電圧(以下GNDとする)レベルの信号を与え、且つ前記スイッチ回路を構成している第2のNchMOSFETのゲートに前記半導体装置の正側の電源電圧(以下電源とする)レベルの信号を印加し、
前記第1のNchMOSFETをオフさせる場合は、前記スイッチ回路を構成している第1のPchMOSFETと、前記第3のNchMOSFETのゲートに、電源レベルの信号を与え、且つ前記スイッチ回路を構成している第2のNchMOSFETのゲートにGNDレベルの信号を印加することを特徴とする1チップの半導体装置に集積したキャパシタ充電回路。
The capacitor charging circuit according to claim 1,
A switch circuit is provided between the gate of the first Nch MOSFET and the positive terminal of the capacitor, the drain and source of the second Nch MOSFET being connected to the source and drain of the first Pch MOSFET,
Connecting the drain and source of a third NchMOSFET between the gate of the first NchMOSFET and the negative terminal of the capacitor;
When turning on the first Nch MOSFET, the power supply voltage (hereinafter referred to as GND) level on the negative side of the semiconductor device is applied to the gates of the first Pch MOSFET and the third Nch MOSFET constituting the switch circuit. And a signal of a power supply voltage (hereinafter referred to as a power supply) level on the positive side of the semiconductor device is applied to the gate of the second Nch MOSFET constituting the switch circuit,
When turning off the first Nch MOSFET, a power level signal is applied to the gates of the first Pch MOSFET and the third Nch MOSFET that constitute the switch circuit, and the switch circuit is configured. A capacitor charging circuit integrated in a one-chip semiconductor device, wherein a GND level signal is applied to a gate of a second Nch MOSFET.
請求項1または2に記載の1チップの半導体装置に集積したキャパシタ充電回路において、
前記PNPトランジスタをNPNトランジスタに、前記NchMOSFETをPchMOSFETに、前記PchMOSFETをNchMOSFETにそれぞれ置き換え、
かつ、電源への接続を正側と負側を逆にしことを特徴とするキャパシタ充電回路。
The capacitor charging circuit integrated in the one-chip semiconductor device according to claim 1 or 2,
The PNP transistor is replaced with an NPN transistor, the Nch MOSFET is replaced with a Pch MOSFET, and the Pch MOSFET is replaced with an Nch MOSFET.
And a capacitor charging circuit, characterized in that the connection to the power source was reversed positive and negative.
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